科技猎加装火箭推进器的特斯拉Roadster，打破地表了极限
几天前，一段添加了特效的新款 Roadster 加速视频在国外的社交网站火了起来。
安装了 SpaceX 低温气体助推器的特斯拉新超跑，居然将本就相当恐怖的 0-60 英里/小时（即百公里加速）成绩从 1.9 秒刷到了极度惊人的 1.1 秒！
坐在百公里加速 1.1 秒的车上，你的感受可能是这样的：
凭借 SpaceX 的推进器，新款 Roadster 毫无疑问能拿到全球加速最快量产车的头衔。
即使没有这个变态的升级包，1.9 秒的加速成绩也能让它跻身世界最快跑车的行列。
好奇的你，可能还想知道：特斯拉是如何实现百公里加速 1.1 秒的？
图片来源: Engineering Explained | YouTube
最近，油管博主 Engineering Explained 利用牛顿力学的基本原理揭开了这背后的秘密。
事先声明，本文的结论并非臆想，而是基于 Elon Musk 不时在推特上透露的各种信息综合而来。
1、重量比 Model S 还轻？
众所周知，加速与车重、轮胎、动力等息息相关，那我们先来弄清楚新款 Roadster 到底多重。
需要注意的是，Roadster 肯定不会像传统内燃机超跑那样减重到 1 吨左右，毕竟这款车带着大电池。
要计算出 Roadster 的车重，我们得依靠已知的几个数据，比如基础版 0-60 英里/小时 1.9 秒的加速能力以及 10000 N·M 的轮上扭矩。
在这里，我们要用到一个物理学公式：F = m x a。
其中，F 代表力，m 代表车重，a 代表加速度。
先来算算加速度：
60 mph=26.8 米/秒，鉴于其 0-60 加速只需 1.9 秒，因此 26.8=a x（1.9），由此推导出 a=14.1 m/s²，换算成 G 值则为 1.44。
知道了加速度 a，我们下一步要计算出 F。
在这里，我们要用上另外一个物理学公式，即 T = F x r。
其中，T 为轮上扭矩，F 为轮上牵引力，r 为轮胎半径。
从曝光的原型车图片来看，Roadster 前轮规格为 265/35 R20，而后轮则是 325/30 R21。
通过计算可得出其轮胎平均直径为 710 毫米（28 英寸），所以这里的 r 为 355 毫米。
将数据套入公式，即 10000 N·M=F（0.355），最终得出 F=28170 N。
接下来，我们就能算出车重了，带入上面所得数据可得 28170 N=m（14.1 m/s²），因此 m 车重约为 2000 公斤。
不过，想想搭载 100 kw 电池的 Model S，这个车重好像又有点不对。
因为性能版的 Model S 续航只有 350 英里（车重 2240 公斤），而 Roadster 官方则宣称有 650 英里续航。
至于 Musk 到底用了什么黑科技，可能要等量产上市后的拆解了。
2、SpaceX 推进器有多狂？
SpaceX 推进器的安装位置
说完了车重，我们开始进入正题，讲讲 SpaceX 推进器。
作为一台超跑，Roadster 自然舍弃了两个后座，而腾出的空间则留给了高压气罐，里面的气体压力高达 10000 psi，车辆周围则设置了 10 个助推器。
那么，这套推进器的工作原理是什么呢？
原来，车里设置了一块专用电池来驱动泵，而泵则负责控制高压气罐，需要的时候就能通过助推器喷出高压气体，助推车辆提速。
现在问题来了，选装包的助推器能为车辆加速提供多大力？
要解释这个问题，我们需要用到另一个公式——F=G x ISP x m。
其中，F 代表火箭推力，G 是重力值，ISP 为比冲，而 m 则是质量流率。
鉴于公式里有 4 个变量，因此找到其中 3 个就能解开谜题。
但可惜的是，我们只知道重力值（9.81）。
从技术角度来讲，ISP 值主要基于设计和燃料。
一般来说，宇宙飞船的比冲可达 350s（用了化学燃料），而低温气体助推器最大则为 70s 左右（氮气最大为 73s）。
所以，这里的 ISP 我们暂时用 70s 来代替。
现在，想算出 F 值就差 m 一个变量了。
Musk 曾发推文表示，SpaceX 推进器开启的时候，能让 Roadster 保持悬浮状态。
所以，其推力至少等于车重乘以重力值，即 2000 公斤乘以 9.81 m/s²，也就是 20000 N。
当然，要想算上驾驶员和行李等，推力就得更大一些。假设为 21000 N，其向上的 G 值为 1.05。
3、突破轮胎瓶颈
那么，马力无限大就能加速快吗？
当然不是，一切还得看轮胎的抓地力，而火箭助推就没这个烦恼了。
说了这么多，我们还是先来算算加了 SpaceX 推进器的 Roadster 为什么能在 1.1 秒完成 0-60 mph 加速。
还是之前的公式：26.8=a x 9.81 x（t）。
这里的 a 为 1.44+1.05，因此 t（时间）为 1.1 秒。如果推进器超过 25000 N，那么其加速就能跑进 1 秒之内。
对于一辆超跑来说，速度能加的起来就得能刹得住。
借助火箭反推的话，Roadster 是不是刹车就更有信心了？
当然是。
目前刹车最强悍的保时捷 911 GT2 RS，60-0 mph 的刹车距离为 27 米。
经过计算，有了火箭反推助力的 Roadster 能在 14 米内稳稳的停下来。
是不是很疯狂？
4、一罐高压气体能助推多久？
那么，要实现如此强悍的性能，Roadster 的高压气罐里得存多少气体呢？
这里还是要用到 F=G x ISP x m 这个公式，推导出 m 为 30 公斤/秒。
也就是说，想用上火箭助推，每秒就要喷出 30 公斤的气体。
显然，一罐气最多也就够 Roadster 维持一两秒时间，毕竟它消耗太猛了。
如果想维持十几秒，那么车辆增重就会抵消一部分加速性能了。
当然，无论这个 SpaceX 推进器是否是炫耀专用，它对极限的冲击都让我们心生敬佩。
2017 年，特斯拉首席设计师 Franz von Holzhausen 试驾第二代 Roadster 原型车
欧洲巨头们折腾了一百年的加速性能，被特斯拉在几年内彻底碾压，而且提升的还不止一点点——Roadster 的这个记录，几乎将最强性能车的成绩提升了一倍。
参考资料：
https://www.youtube.com/watch?v=4PRi4B1APj0&feature=emb_title
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